Jugendlicher Maximismus und der Geist des Widerspruchs bei Teenagern aus neurowissenschaftlicher Sicht

Eines der geheimnisvollsten und noch nicht vollständig entschlüsselten „Phänomene“ ist das Gehirn des Menschen. Rund um dieses komplexe Organ drehen sich viele Fragen: Warum träumen wir, wie beeinflussen Emotionen unsere Entscheidungen, welche Nervenzellen sind für die Wahrnehmung von Licht und Klang verantwortlich, warum mögen die einen Sprotten und die anderen lieben Oliven? All diese Fragen betreffen das Gehirn, da es der zentrale Prozessor des menschlichen Organismus ist. Viele Jahre lang widmeten Wissenschaftler besondere Aufmerksamkeit dem Gehirn von Menschen, die sich auf irgendeine Weise von der Masse abhoben (von autodidaktischen Genies bis zu berechnenden Psychopathen). Doch es gibt eine Kategorie von Menschen, deren ungewöhnliches Verhalten mit ihrem Alter in Verbindung gebracht wird – Jugendliche. Viele Jugendliche haben ein ausgeprägtes Gefühl für Widersprüche, eine abenteuerliche Geisteshaltung und den unwiderstehlichen Wunsch, Abenteuer zu suchen. Wissenschaftler der Universität Pennsylvania beschlossen, die geheimnisvollen Gehirne von Jugendlichen und die Prozesse, die darin ablaufen, genau zu untersuchen. Was sie herausfanden, erfahren wir aus ihrem Bericht. Los geht’s.

Basis der Forschung

Jedes Gerät in der Technik und jedes Organ im Körper hat seine eigene Architektur, die es ihm ermöglicht, effizient zu arbeiten. Der Kortex des menschlichen Gehirns ist nach einer funktionalen Hierarchie organisiert, beginnend mit der unimodalen sensorischen Rinde* bis hin zur transmodalen assoziativen Rinde*.

Die sensorische Rinde des Gehirns* ist der Teil des Gehirnkortex, der für die Sammlung und Verarbeitung von Informationen verantwortlich ist, die von den Sinnesorganen (Augen, Zunge, Nase, Ohren, Haut und dem vestibulären System) empfangen werden.

Die assoziative Rinde* ist der Teil der parietalen Rinde des Gehirns, der an der Ausführung geplanter Bewegungen beteiligt ist. Wenn wir beabsichtigen, eine Bewegung auszuführen, muss unser Gehirn wissen, wo sich in diesem Moment der Körper und die Körperteile befinden, die sich bewegen werden, sowie wo sich die Objekte der Umgebung befinden, mit denen interagiert werden soll. Zum Beispiel möchten Sie eine Tasse in die Hand nehmen, und Ihr Gehirn weiß bereits, wo sich die Hand und die Tasse befinden.

Eine solche funktionale Hierarchie ergibt sich aus der Anatomie der weißen Substanz*, die die synchronisierte neuronale Aktivität und die Kognition*.

weiße Substanz* Wenn graue Substanz aus Neuronen besteht, dann setzt sich die weiße Substanz aus myelinisierten Axonen zusammen, über die Impulse vom Zellkörper zu anderen Zellen und Organen übertragen werden.

Kognition* (Erkenntnis) – eine Gesamtheit von Prozessen, die mit dem Erwerb neuen Wissens über die Umwelt verbunden sind.

Die Evolution der Hirnrinde bei Primaten und die Entwicklung des menschlichen Gehirns zeichnen sich durch gezielte Expansion und Umgestaltung transmodaler Assoziationsbereiche aus, die die Grundlage für die Prozesse der sensorischen Informationsdarstellung und abstrakten Regelungen zur Zielverwirklichung bilden.

Der Prozess der Gehirnentwicklung dauert lange, in welchem viele Prozesse der Verfeinerung des Gehirns als System stattfinden: Myelinisierung*, Synaptisches Pruning* usw.

Myelinisierung* – Oligodendrozyten (eine Art von Stützzellen im Nervensystem) umhüllen einen bestimmten Teil des Axons, wodurch ein Oligodendrozyt gleichzeitig mit mehreren Neuronen verbunden wird. Je aktiver ein Axon ist, desto stärker ist seine Myelinisierung, da dies seine Effizienz erhöht.

Synaptisches Pruning* – die Reduzierung der Anzahl von Synapsen/Neuronen zur Erhöhung der Effizienz des neuronalen Systems, d.h. die Beseitigung überflüssiger Verbindungen. Anders ausgedrückt, es ist die Umsetzung des Prinzips "nicht durch Menge, sondern durch Qualität".

In der Phase der Gehirnentwicklung wird eine funktionale Spezifikation in der transmodalen assoziativen Kortex gebildet, die sich direkt auf die Entwicklung höherer exekutiver Funktionen wie Arbeitsgedächtnis*, kognitive Flexibilität* und inhibitorische Kontrolle*.

Arbeitsgedächtnis* – ein kognitives System zur temporären Speicherung von Informationen. Diese Art des Gedächtnisses wird zum Zeitpunkt aktueller Denkprozesse aktiviert und beteiligt sich an der Entscheidungsfindung sowie an der Bildung von Verhaltensantworten.

Kognitive Flexibilität* – die Fähigkeit, von einem Gedanken zu einem anderen zu wechseln und/oder mehrere Dinge gleichzeitig zu berücksichtigen.

Inhibitorische Kontrolle* (Reaktionshemmung) – eine exekutive Funktion, die die Fähigkeit einer Person steuert, ihre impulsiven (natürlichen, gewohnten oder dominierenden) Verhaltensreaktionen auf Reize zu unterdrücken, um eine angemessenere Reaktion auf eine konkrete Situation (äußeren Reiz) zu ermöglichen.

Die Untersuchung der strukturellen und funktionalen Verbindungen im Gehirn begann vor einiger Zeit. Mit dem Aufkommen der Netzwerktheorie wurde die Möglichkeit geschaffen, strukturelle und funktionale Verbindungen in neurobiologischen Systemen zu visualisieren und sie in Kategorien zu unterteilen. Im Grunde genommen ist eine strukturell-funktionale Verbindung das Maß, in dem die Verteilung der anatomischen Verbindungen im Bereich des Gehirns synchronisierte neuronale Aktivitäten unterstützt.

Es wurde eine starke Verbindung zwischen den Indikatoren für strukturelle und funktionale Konnektivität in verschiedenen raum-zeitlichen Maßstäben festgestellt. Mit anderen Worten haben modernere Forschungsmethoden es ermöglicht, bestimmte Bereiche des Gehirns anhand ihrer funktionalen Merkmale, die mit dem Alter und der Größe der Region zusammenhängen, zu kategorisieren.

Wie Wissenschaftler jedoch anmerken, gibt es derzeit praktisch keine Daten darüber, wie Veränderungen in der Architektur der weißen Substanz während der Entwicklung des menschlichen Gehirns koordiniertes Schwingen neuronaler Aktivität unterstützen.

Strukturell-funktionale Verbindungen bilden die Grundlage für funktionale Kommunikation und entstehen, wenn das Profil der interregionalen weißen Substanzverbindungen in der kortikalen Region die Stärke der interregionalen funktionalen Verbindung vorhersagt. Das bedeutet, dass die Aktivität der weißen Substanz in der Aktivierung exekutiver Funktionen des Gehirns widergespiegelt wird, wodurch das Maß der Stärke der strukturell-funktionalen Verbindung beurteilt werden kann.

Um die strukturell-funktionale Verbindung zu beschreiben, haben Forscher drei Hypothesen aufgestellt, die im Rahmen der Studie überprüft wurden.

Die erste Hypothese besagt, dass die strukturell-funktionale Verbindung die funktionale Spezialisierung der kortikalen Region widerspiegeln wird. Das heißt, die strukturell-funktionale Verbindung wird in der somatosensorischen Rinde stark sein, dank der Prozesse, die die frühe Entwicklung spezialisierter sensorischer Hierarchien bestimmen. Im Gegensatz dazu wird die strukturell-funktionale Verbindung in der transmodalen assoziativen Rinde niedrig sein, wo die funktionale Kommunikation aufgrund genetischer und anatomischer Einschränkungen durch eine schnelle evolutionäre Ausdehnung geschwächt sein kann.

Die zweite Hypothese basiert auf der langanhaltenden, aktivitätsabhängigen Myelinisierung während der Entwicklung und besagt, dass die Entwicklung strukturell-funktionaler Verbindungen in der transmodalen assoziativen Rinde konzentriert sein wird.

Die dritte Hypothese: Die strukturell-funktionale Verbindung spiegelt die funktionale Spezialisierung des kortikalen Bereichs wider. Daher kann angenommen werden, dass eine stärkere strukturell-funktionale Verbindung in der frontotemporalen assoziativen Rinde an spezialisierten Berechnungen beteiligt ist, die für die Umsetzung der Exekutivfunktionen erforderlich sind.

Ergebnisse der Studie

Um die Entwicklung der strukturell-funktionalen Interaktion bei Jugendlichen zu charakterisieren, führten die Wissenschaftler eine quantitative Bewertung des Ausmaßes durch, in dem die strukturellen Verbindungen verschiedener Gehirnregionen koordinierte Schwankungen der neuronalen Aktivität unterstützen.

Mithilfe multimodaler Neuroimaging-Daten von 727 Teilnehmern im Alter von 8 bis 23 Jahren wurde eine probabilistische Diffusionstraktographie und die Bewertung der funktionalen Konnektivität zwischen jedem Paar kortikaler Bereiche während der Ausführung der n-back* Aufgabe, die mit der Arbeitsgedächtnisaktivität verbunden ist.

Die n-back* Aufgabe ist eine Methode zur Anregung der Aktivität bestimmter Gehirnregionen und zur Überprüfung des Arbeitsgedächtnisses. Dem Probanden wird eine Reihe von Stimuli (visuell, akustisch usw.) präsentiert. Er muss bestimmen und angeben, ob ein bestimmter Stimulus n Positionen zuvor aufgetreten ist. Zum Beispiel: T L H C H S C C Q L C K L H C Q T R H K C H R (3-back-Aufgabe, wobei ein bestimmter Buchstabe 3 Positionen zuvor aufgetreten ist).

Die funktionale Konnektivität im Ruhezustand spiegelt spontane Schwankungen der neuronalen Aktivität wider. Während der Ausführung einer Aufgabe zum Arbeitsgedächtnis kann die funktionale Konnektivität bestimmte neuronale Verbindungen oder Populationen verstärken, die an den Exekutivfunktionen beteiligt sind.

Bild Nr. 1: Messung der strukturell-funktionalen Verbindung im menschlichen Gehirn.

Knoten in strukturellen und funktionalen Netzwerken des Gehirns wurden unter Verwendung einer 400-zonigen kortikalen Parzellierung (Zoneneinteilung) identifiziert, die auf funktionaler Homogenität in den MRT-Daten der Teilnehmer basierte. Für jeden Teilnehmer wurden die regionalen Konnektivitätsprofile aus jeder Zeile der strukturellen oder funktionalen Konnektivitätsmatrix extrahiert und als Vektoren der Konnektivitätsstärke von einem Knoten des neuronalen Netzwerks zu allen anderen Knoten dargestellt.

Zunächst überprüften die Wissenschaftler, ob die räumliche Verteilung der strukturell-funktionalen Verbindungen mit den grundlegenden Eigenschaften der kortikalen Organisation übereinstimmt.

Abbildung Nr. 2

Es ist erwähnenswert, dass die Verbindung zwischen den regionalen Profilen der strukturellen und funktionalen Konnektivität stark in der gesamten Rinde variierte (2A). Eine stärkere Verbindung wurde in der primären sensorischen und medialen präfrontalen Kortex beobachtet. Hingegen war die Verbindung in den lateralen, temporalen und frontotemporalen Bereichen relativ schwach.

Für eine bessere Bewertung wurde der „Partizipationskoeffizient“ berechnet, der eine grafische Darstellung der quantitativen Bestimmung der Konnektivität zwischen funktional spezialisierten Bereichen des Gehirns darstellt. Jeder der Bereiche des Gehirns wurde sieben klassischen funktionalen neuronalen Netzwerken zugeordnet. Neuronale Knoten des Gehirns mit hohem Partizipationskoeffizienten zeigen unterschiedliche Intermodularkonnektivität (Verbindung zwischen den Bereichen des Gehirns) und können daher die Informationsübertragungsprozesse zwischen den Bereichen sowie deren Dynamik beeinflussen. Hingegen zeigen Knoten mit niedrigem Partizipationskoeffizienten eher lokale Verbindungen innerhalb des Bereichs des Gehirns, als zwischen mehreren Bereichen. Einfacher gesagt, wenn der Koeffizient hoch ist – interagieren verschiedene Bereiche des Gehirns aktiv miteinander, wenn er niedrig ist – geschieht die Aktivität innerhalb des Bereichs ohne Verbindung zu benachbarten.2C).

Darauf folgte eine Bewertung des Verhältnisses der Variabilität der strukturellen und funktionalen Konnektivität zur makroskalaren funktionalen Hierarchie. Die strukturelle und funktionale Verbindung stimmt weitgehend mit dem Hauptgradienten der funktionalen Konnektivität überein: unimodale sensorische Bereiche zeigen eine relativ starke strukturelle und funktionale Verbindung, während bei transmodalen Bereichen an der Spitze der funktionalen Hierarchie eine schwächere Verbindung zu beobachten ist (2D).

Es wurde auch festgestellt, dass eine starke Korrelation zwischen der strukturellen und funktionalen Verbindung und der evolutionären Erweiterung der Oberfläche der Großhirnrinde besteht (2E). Hochkonservative sensorische Bereiche wiesen eine relativ starke strukturelle und funktionale Verbindung auf, während stark erweiterte transmodale Bereiche eine schwächere Verbindung hatten. Diese Beobachtungen bestätigen vollständig die Hypothese, dass die strukturelle und funktionale Verbindung ein Abbild der kortikalen Hierarchie der funktionalen Spezialisierung und der evolutionären Erweiterung ist.

Bild Nr. 3

Wissenschaftler weisen erneut darauf hin, dass frühere Studien größtenteils auf die Untersuchung der strukturellen und funktionalen Konnektivität im Gehirn von Erwachsenen fokussiert waren. In diesem Werk lag jedoch der Schwerpunkt auf der Untersuchung des Gehirns, das sich noch in der Entwicklungsphase befindet, d.h. auf der Untersuchung des Gehirns von Jugendlichen.

Es wurde festgestellt, dass im Gehirn von Jugendlichen altersbedingte Unterschiede in den strukturell-funktionalen Verbindungen weit verbreitet in der lateralen Temporallappe, dem unteren Parietallappen und der präfrontalen Rinde waren (3A). Zunahmen der Konnektivität waren unverhältnismäßig auf Bereiche der Rinde verteilt, d.h. sie traten in einer einzigartigen Untergruppe funktional getrennter Bereiche der Rinde auf (3B), was im Gehirn von Erwachsenen nicht beobachtet wurde.

Der Grad der altersbedingten Unterschiede in den strukturell-funktionalen Verbindungen korrelierte stark mit dem Koeffizienten der funktionalen Teilnahme (3C) und dem funktionalen Gradient (3D).

Die räumliche Verteilung altersbedingter Unterschiede in strukturell-funktionalen Verbindungen entsprach ebenfalls der evolutionären Erweiterung der Großhirnrinde. Ein altersbedingter Anstieg der Konnektivität wurde in der erweiterten assoziativen Großhirnrinde beobachtet, während ein altersbedingter Rückgang der Konnektivität in der hoch konservativen sensorisch-motorischen Rinde festgestellt wurde (3Е).

In der nächsten Phase der Studie wurden 294 Teilnehmer nach 1,7 Jahren nach der ersten Untersuchung erneut einer Gehirnuntersuchung unterzogen. Damit konnte die Beziehung zwischen altersbedingten Veränderungen der strukturell-funktionalen Konnektivität und intraindividuellen Veränderungen der Entwicklung bestimmt werden. Zu diesem Zweck wurde eine Bewertung der longitudinalen Veränderungen in der strukturell-funktionalen Konnektivität durchgeführt.

Abbildung Nr. 4

Es wurde eine signifikante Übereinstimmung zwischen transversal und longitudinal altersbedingter Veränderungen in der strukturell-funktionalen Verbindung festgestellt (4A).

Um die Beziehung zwischen longitudinalen Veränderungen in der strukturell-funktionalen Konnektivität (4B) und longitudinalen Veränderungen des Funktionsbeteiligungskoeffizienten (4С) wurde eine lineare Regression verwendet. Es wurde festgestellt, dass die longitudinalen Veränderungen der Konnektivität mit den longitudinalen Veränderungen des Funktionsbeteiligungskoeffizienten in verteilten assoziativen Bereichen höheren Ranges übereinstimmten, einschließlich der dorsolateralen und medialen präfrontalen Rinde, der unteren parietalen Rinde und der lateralen temporalen Rinde (4D).

Abbildung Nr. 5

Anschließend versuchten die Wissenschaftler, die Auswirkungen individueller Unterschiede in den strukturell-funktionalen Verbindungen auf das Verhalten zu verstehen. Insbesondere, ob die strukturell-funktionale Konnektivität während der Durchführung einer Aufgabe mit Arbeitsgedächtnis die exekutive Leistungsfähigkeit erklären kann. Es wurde festgestellt, dass die Verbesserung der exekutiven Tätigkeit mit einer stärkeren strukturell-funktionalen Konnektivität in der dorsolateralen präfrontalen Rinde, dem posterioren cingulären Gyrus und der medialen okzipitalen Rinde verbunden ist (5A).

Die Gesamtheit der oben beschriebenen Beobachtungen lässt auf mehrere zentrale Schlussfolgerungen schließen. Erstens ist die regionale Veränderung der strukturell-funktionalen Konnektivität umgekehrt proportional zur Komplexität der Funktion, für die ein bestimmtes Gehirnareal verantwortlich ist. Eine stärkere strukturell-funktionale Verbindung wurde in den Gehirnteilen festgestellt, die sich auf die Verarbeitung einfacher sensorischer Informationen (z.B. visuelle Signale) spezialisiert haben. In den Gehirnregionen, die an komplexeren Prozessen (Exekutive Funktion und inhibitorische Kontrolle) beteiligt sind, wurde dagegen eine geringere strukturell-funktionale Konnektivität festgestellt.

Es wurde auch festgestellt, dass die strukturell-funktionale Konnektivität mit der evolutionären Erweiterung des Gehirns übereinstimmt, die bei Primaten beobachtet wird. Bereits zuvor wurden vergleichende Studien zu den Gehirnen von Menschen, Primaten und Affen durchgeführt, die gezeigt haben, dass die sensorischen Bereiche (z.B. das visuelle System) unter den Primatenarten sehr konservativ sind und sich im Verlauf der jüngeren Evolution nicht wesentlich erweitert haben. Dagegen haben die assoziativen Bereiche des Gehirns (z.B. der präfrontale Kortex) eine signifikante Erweiterung erfahren. Möglicherweise hat diese Erweiterung direkt zur Entstehung komplexer kognitiver Fähigkeiten beim Menschen beigetragen. Es wurde festgestellt, dass die Gehirnbereiche, die während der Evolution schnell gewachsen sind, eine schwächere strukturell-funktionale Konnektivität aufwiesen, während die einfachen sensorischen Bereiche eine stärkere aufwiesen.

Bei Kindern und Jugendlichen nimmt die strukturell-funktionale Konnektivität in den Frontallappen des Gehirns, die für die Hemmfunktion (d.h. Selbstkontrolle) verantwortlich sind, aktiv zu. Somit kann die langfristige Entwicklung der strukturell-funktionalen Konnektivität in diesen Bereichen die Exekutive Funktion und die Selbstkontrolle verbessern, deren Entwicklung auch im Erwachsenenalter fortdauert.

Für eine detailliertere Auseinandersetzung mit den Forschungsergebnissen empfehle ich einen Blick auf Bericht der Wissenschaftler und Zusatzmaterial dazu.

Epilog

Das menschliche Gehirn war schon immer und wird noch lange eine der größten Rätsel der Menschheit sein. Es ist ein unglaublich komplexer Mechanismus, der eine Vielzahl von Funktionen erfüllen, zahlreiche Prozesse steuern und massive Informationsmengen speichern muss. Für viele Eltern gibt es nichts Mysteriöseres als das Gehirn ihrer heranwachsenden Kinder. Ihr Verhalten lässt sich manchmal schwer als logisch oder konstruktiv bezeichnen, doch das lässt sich durch den Prozess ihrer biologischen Entwicklung und sozialen Reifung erklären.

Natürlich können Veränderungen in den strukturellen und funktionalen Verbindungen bestimmter Bereiche des Gehirns und der Einfluss hormoneller Umstellungen eine wissenschaftliche Erklärung für das eigentümliche Verhalten junger Menschen darstellen, doch das bedeutet nicht, dass man sie nicht leiten sollte. Der Mensch ist von Natur aus kein asoziales Wesen. Wenn sich jemand von anderen Menschen fernhält, dann sicherlich nicht wegen unserer biologischen Veranlagung. Daher ist die aktive Teilnahme der Eltern am Leben ihrer Kinder ein äußerst wichtiger Aspekt ihrer Entwicklung.

Man sollte auch verstehen, dass selbst im Alter von drei Jahren ein Kind bereits eine Persönlichkeit mit eigenem Charakter, eigenen Wünschen und einer eigenen Sicht auf die Welt ist. Der Elternteil sollte für sein Kind nicht unsichtbar werden, indem er es in die Freiheit entlässt, aber er sollte sich auch nicht zu einer unüberwindbaren Wand verwandeln, die es vom Erforschen der Welt abhält. Manchmal muss man anstoßen, manchmal halten, manchmal volle Freiheit geben und manchmal, indem man elterliche Autorität zeigt, ein entschlossenes „Nein“ sagen, selbst wenn das Kind damit unzufrieden ist.

Eltern zu sein, ist schwierig, noch schwieriger ist es, ein guter Elternteil zu sein. Aber auch ein Teenager zu sein, ist nicht so einfach. Der Körper verändert sich äußerlich, das Gehirn verändert sich, das Umfeld verändert sich (von der Schule zum Universitätsleben), der Lebensrhythmus verändert sich. In unserer Zeit ähnelt das Leben oft einem Formel-1-Rennen, in dem es keinen Platz für Langsamkeit gibt. Doch hohe Geschwindigkeit ist mit hohen Risiken verbunden, weshalb ein unerfahrener Fahrer Schaden nehmen kann. Die Aufgabe der Eltern besteht darin, die Trainer ihrer Kinder zu sein, damit sie sie später ruhig in die Welt entlassen können, ohne sich um ihre Zukunft sorgen zu müssen.

Einige Eltern halten sich für schlauer als andere, einige sind bereit, jeden Rat, den sie im Internet oder von der Nachbarin hören, umzusetzen, und manchen ist einfach alles andere egal, was die Erziehung betrifft. Menschen sind unterschiedlich, aber wie auch im menschlichen Gehirn die Kommunikation zwischen seinen Abteilungen wichtig ist, spielt auch in der Erziehung die Kommunikation zwischen Eltern und ihren Kindern eine der entscheidendsten Rollen.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, bleiben Sie neugierig und haben Sie ein tolles Wochenende, Leute! 🙂

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Quelle: habr.com